CN109075421A - 具有互补谐振器结构的微带电容器 - Google Patents

Abstract

一种微带电容器结构包含具有第一侧和与该第一侧相对的第二侧的基板，其中该基板的第一侧和第二侧在垂直方向上间隔开，该基板第一侧的第一和第二导电微带传输线段，该基板第二侧的导电接地平面，连接到该第一和第二微带传输线段中的相应微带传输线段的第一和第二微带电容器板，其中该第一和第二微带电容器板通过电介质间隙分开，以及包括导电接地平面的被移除部分的互补谐振器，该被移除部分在垂直方向上与该电介质间隙的至少一部分对准。该第一和第二微带传输线段在RF信号传播的第一方向上延伸，并且互补谐振结构包括在垂直于该第一方向的第二方向上间隔开的第一和第二互补谐振结构，以及在该第二方向上延伸并连接该第一和第二互补谐振结构的横向部分。

Description

具有互补谐振器结构的微带电容器

对相关申请的交叉引用

本申请要求2016年4月29日提交的No.62/329,601美国临时专利申请的优先权，该美国临时申请的全文以引用的方式整体并入本文中。

背景技术

用于无线通信的天线使用微带传输线段来向/从天线的辐射元件传送射频(RF)信号。在用于RF通信的天线系统中，期望在微带天线传输线中包含DC阻隔电容器，该DC阻隔电容器允许预定RF带宽内的RF信号通过该传输线，但实质上衰减了可能存在于传输线上的DC和低频信号分量。

微带传输线段结构通常包含电介质基板，在该电介质基板上例如通过金属化和蚀刻形成导电微带线。在该电介质基板的与微带线的相对侧形成导电接地平面，以便于沿微带线传播RF信号。

对于承载兆赫(MHz)和千兆赫(GHz)范围的RF信号的RF传输线，可能期望阻隔DC和低频信号的电容器(在本文中，为“DC阻隔电容器”)具有约45pF或更大的电容。尽管可以在微带结构中形成DC阻隔电容器，但是难以形成具有与有效阻隔DC和低频分量所需一样大的电容的电容的微带电容器。

微带电容器的电容由微带电容器板的物理尺寸和分开微带电容器板的电介质材料以及诸如电介质基板的厚度和材料的其他因素确定。对于传统的微带平坦电容器结构，难以获得大于约5pF的电容。

尽管可以形成双微带电容器以具有大于5pF的电容，但是在天线传输线中双微带电容器的存在会导致许多问题，包含增加的回波损耗和/或杂散RF发射，这两者中任何一个都会不利地影响天线系统的操作。例如，杂散RF发射可能降低天线的前到后(FB)性能。

发明内容

在本发明构思的一些实施例中，微带电容器结构包括具有第一侧和与第一侧相对的第二侧的基板，其中基板的第一侧和第二侧在垂直方向上间隔开，基板的第一侧的第一和第二导电微带传输线段，基板的第二侧的导电接地平面，连接到第一和第二微带传输线段中的相应微带传输线段的第一和第二微带电容器板，其中第一和第二微带电容器板通过电介质间隙分开，以及互补谐振器，该互补谐振器包括导电接地平面的在垂直方向上与电介质间隙的至少一部分对准的被移除部分。第一和第二微带传输线段在RF信号传播的第一方向上延伸，并且互补谐振结构包括在垂直于第一方向的第二方向上间隔开的第一和第二互补谐振结构，以及在第二方向上延伸并连接第一和第二互补谐振结构的横向部分。

在其他实施例中，第一和第二微带电容器板包括交叉型电容器(interdigitatedcapacitor)结构。

在另一些实施例中，第一和第二微带电容器板中的每一个包括横向部分和在第一方向上从横向部分延伸的多个微带指状部，其中第一和第二微带电容器板的相应微带指状部在第一方向上重叠。

在另一些实施例中，第一和第二微带电容器板中的每一个包括横向部分和在第一方向上从横向部分延伸的多个微带指状部，其中第一和第二微带电容器板的相应微带指状部是相互交叉的。

在另一些实施例中，第一和第二微带电容器板被布置以使得在第一和第二微带电容器板之间延伸的电场线的大部分被取向在第二方向上。

在另一些实施例中，第一和第二微带电容器板被布置以使得在第一和第二微带电容器板之间延伸的电场线的大部分被取向在第一方向上。

在另一些实施例中，互补谐振结构被配置为在增加第一和第二微带电容器板之间的电容的频率处谐振同时保持小于-25dB的回波损耗。

在另一些实施例中，微带电容器结构具有约3pF至约4pF的电容。

在另一些实施例中，互补谐振结构中的每一个包括螺旋形状。

在另一些实施例中，互补谐振结构中的每一个包括蛇形(serpentine)形状。

在另一些实施例中，互补谐振结构中的每一个包括多边形形状。

在另一些实施例中，互补谐振结构中的每一个具有大于互补谐振器的横向部分的面积的面积。

在另一些实施例中，第一和第二微带电容器板的至少部分在垂直方向上不与接地平面的该被移除部分对准。

在另一些实施例中，微带电容器结构在从0.69GHz到1.0GHz的RF带宽上具有小于-25dB的回波损耗。

在另一些实施例中，互补谐振结构被配置为在由第一和第二微带传输线段承载的RF信号的频率处谐振。

应注意，关于一个实施例描述的方面可以被结合在不同的实施例中，尽管没有相对于这些实施例具体描述。也就是说，任何实施例的所有实施例和/或特征可以以任何方式和/或组合进行组合。此外，在审阅以下附图和详细描述之后，根据本发明主题的实施例的其他装置、方法、系统和/或制品对于本领域技术人员将是或将变得清楚。旨在将所有这样的附加装置、系统、方法和/或制品都包含在本说明书中，在本发明的主题的范围内，并受所附权利要求的保护。还旨在，本文公开的所有实施例可以分开实现或以任何方式和/或组合进行组合。

附图说明

当结合附图阅读时，从以下对本发明具体实施例的详细描述中，将更容易理解实施例的其他特征，其中：

图1是示出了根据本发明构思的一些实施例的DC阻隔电容器在传输线中的定位的示意图；

图2A和2B分别是传统微带电容器结构的侧视图和平面视图；

图3A和3B分别是根据本发明构思的一些实施例的微带电容器结构的平面视图和仰视图。

图4A-图4C是示出了根据本发明构思的一些实施例的互补谐振器的配置的图；

图5是示出了根据本发明构思的一些实施例的互补谐振器的其他配置的图；

图6是根据本发明构思的一些实施例的微带电容器结构的平面视图；

图7是根据本发明构思的一些实施例的包含具有如图3A和3B所示结构的DC阻隔电容器的传输线的等效电路示意图；

图8是根据本发明构思的一些实施例的在交叉型电容器下方具有哑铃形互补谐振器结构的器件的回波损耗系数的模拟曲线图；以及

图9是根据本发明构思的一些实施例的在交叉型电容器下方具有矩形互补谐振器结构的器件的回波损耗系数的模拟曲线图。

具体实施方式

现在将在下文中参考示出了本发明的实施例的附图更全面地描述本发明的实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为限于本文阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本发明的范围完全传达给本领域技术人员。相同的数字始终指代相同的元件。

本文描述的一些实施例提供了适合与天线传输线结合使用的微带电容器。如本文所述的微带电容器能够获得具有低回波损耗的高电容值。例如，如本文所述的微带电容器能够在从0.69GHz到1.0GHz的RF带宽上具有小于-25dB的回波损耗。

根据一些实施例，微带电容器包含在电介质基板的与导电接地平面相对的侧的第一和第二微带电容器板。互补谐振器在导电接地平面中形成并包含该导电接地平面的被移除部分。互补谐振器在垂直方向上与电介质间隙的至少一部分对准，并且包含第一和第二互补谐振结构以及连接第一和第二互补谐振结构的横向部分。

图1是示出了DC阻隔电容器C1在包含第一微带传输线段T1和第二微带传输线段T2的传输线中的定位的示意图。端口P1被连接到第一微带传输线段T1，而端口P2被连接到第二微带传输线段T2。DC阻隔电容器C1被连接在第一微带传输线段T1和第二微带传输线段T2之间。

在端口P1处施加的RF信号通过第一微带传输线段T1。RF信号的DC分量可以被DC阻隔电容器C1衰减，而RF信号的RF分量通过DC阻隔电容器C1到达第二微带传输线段T2。期望在端口P1处施加的信号的回波损耗(被称为S(1,1)系数)小于-25dB。同样，期望在端口P2施加的信号的回波损耗(被称为S(2,2)系数)小于-25dB。

分别地，图2A是传统微带电容器结构10的侧视图，图2B是传统微带电容器结构10的顶视图或平面视图。微带电容器结构10包含电介质基板20，电介质基板20包含顶表面和底表面。导电接地平面16在电介质基板的底表面上形成，而第一和第二导电微带传输线段12A，12B在电介质基板20的顶表面上形成。第一和第二导电微带传输线段12A、12B在限定传输线中RF信号传播的方向的第一方向(x方向)上延伸。第一和第二导电微带传输线段12A、12B连接到由间隙14分开的相应的第一和第二微带电容器板15A、15B。

导电接地平面16的在微带电容器板15A、15B下方的部分18被移除(或者可替代地，从不沉积)，以增强微带电容器板15A、15B的耦合。然而，即使导电接地平面16的在微带电容器板15A、15B下方的部分18被移除，电容器结构10仍可能在某些RF操作频率和/或低电容下遭受不可接受的回波损耗。

图3A和3B分别是根据本发明构思的一些实施例的微带电容器100的俯视图和仰视图。微带电容器结构100包含电介质基板110，电介质基板110包含顶表面和底表面。导电接地面116在电介质基板110的底表面上形成，而第一和第二导电微带传输线段112A、112B在电介质基板110的顶表面上形成。第一和第二导电微带传输线段112A、112B在限定传输线中RF信号传播方向的第一方向(x方向)上延伸。第一和第二导电微带传输线段112A、112B连接到形成交叉型电容器结构115的相应的第一和第二微带电容器板115A、115B。

第一和第二微带电容器板115A、115B包含横向部分122A、122B，横向部分122A、122B被连接到微带传输线段112A、112B，并且在横向于RF信号流方向的第二方向(y方向)上延伸。也就是说，横向部分122A，122B垂直于第一和第二微带传输线段112A、112B。多个导电电容器指状部124A、124B从相应的横向部分122A、122B向相对的横向部分122A、122B延伸，并且以相互交叉的方式在第二方向(y方向)上彼此重叠。因此，第一和第二微带电容器板115A、115B之间的电容的大部分由导电电容器指状部124A、124B之间的重叠量和相应的导电电容器指状部124A、124B之间的距离(间隙)114确定。

此外，将理解，因为导电电容器指状部124A、124B在第一方向(x方向)上延伸并在第二方向(y方向)上重叠，所以导电电容器指状部124A、124B之间的电场线的大部分在垂直于第一和第二微带传输线段112A、112B中的信号流方向的第二方向(y方向)上延伸。

微带传输线段112A、112B和包含横向部分122A、122B以及导电电容器指状部124A、124B的微带电容器板115A、115B可以通过在电介质基板上毯覆沉积一层诸如铜的金属，然后选择性蚀刻所沉积的金属以限定传输线和电容器板来形成，如本领域中已知的那样。

交叉型电容器结构可具有约3.4pF的电容。

参考图3B，移除导电接地平面116的一部分以形成与第一和第二电容器板115A、115B之间的间隙114的至少一部分垂直对准(即，在z方向上对准)的互补谐振器118。

互补谐振器结构118可以具有包含由横向结构115T连接的第一和第二互补谐振结构118A、118B的“哑铃”结构。互补谐振器结构118A、118B中的每一个可具有大小和/或形状，该大小和/或形状被配置以在电容器间隙114下方的接地平面中产生谐振，该谐振以对应于微带传输线段112A、112B上承载的RF信号频率的频率谐振。

在一些实施例中，互补谐振器结构118A、118B可以一起具有如下的大小和/或形状，该大小和/或形状被配置以在电容器间隙114下方的接地平面中产生谐振，该谐振以与微带传输线段112A、112B上承载的RF信号的频率相对应的频率谐振。

尽管不希望受特定理论的束缚，但是目前认为通过选择性地移除电容器结构下方的接地平面的部分而形成的互补谐振结构的存在可以增强电容器结构的电容器板之间的耦合，同时减少反射，这可能发生在与互补谐振结构的谐振频率相对应的频率处，并因此提高回波损耗性能。

互补谐振器结构118A、118B可以各自占据大于连接互补谐振器结构118A、118B的横向结构118T的面积的面积。由于互补谐振器结构118A、118B，该哑铃结构通常具有紧凑的大小。

在一些实施例中，互补谐振器结构118A、118B中的每一个可以具有规则的多边形形状，诸如正方形、矩形等。然而，应当理解，互补谐振器结构118A、118B可以具有其他形状和/或大小。

互补谐振器结构118A、118B可以以该方式形成，以在第二方向(即，横向于微带传输线段112A、112B中的信号传播方向)上与电容器结构的中心相互偏移。

尽管不希望受特定操作理论的束缚，但是目前认为通过偏移互补谐振器结构118A、118B以在横向于微带传输线段112A、112B中的信号传播方向的方向上与电容器结构的中心相互偏移，可以减小电容器的插入损耗。

如图3A所示，电容器板115A、115B的至少一部分，具体而言是横向部分122A、122B的一部分，不位于接地平面116的形成互补谐振器118的被移除部分上方。此外，电容器板115A、115B之间的间隙114的至少一部分可以不位于接地平面116的形成互补谐振器118的被移除部分上。最后，互补谐振结构118A、118B的相当大一部分，例如，大于50％，可以落在电容器板115A、115B的占用面积(footprint)之外，以便不与电容器板115A、115B垂直对准。

图4A至4C示出了互补谐振器118的各种可能的配置。例如，如图4A至4C所示，互补谐振器结构118A、118B中的每一个可以具有螺旋形状(图4A)、蛇形形状(图4B)、或非多边形形状，诸如椭圆形(图4C)。然而，在每种情况下，互补谐振器结构118A、118B经由在垂直于RF信号传播方向的第二方向上延伸的横向构件彼此连接。

图5示出了根据各种实施例的可用于形成互补谐振器结构的各种其他形状。

参考图6，以平面视图示出了根据进一步的实施例的微带电容器结构200。

微带电容器结构200包含电介质基板210，电介质基板210包含顶表面和底表面。导电接地面216在电介质基板210的底表面上形成，而第一和第二导电微带传输线段212A、212B在电介质基板210的顶表面上形成。第一和第二导电微带传输线段212A、212B在限定传输线中RF信号传播方向的第一方向(x方向)上延伸。第一和第二导电微带传输线段212A、212B连接到由间隙214分开的相应的第一和第二微带电容器板215A、215B。间隙214在第二方向上延伸，使得第一和第二微带电容器板215A、215B之间的电场线在第一方向上延伸。

移除导电接地平面216的一部分以限定包含由横向部分218T连接的互补谐振器结构218A、218B的哑铃形互补谐振器218。

如图5所示，电容器板215A、215B的至少一部分可以不位于接地平面216的形成互补谐振器218的被移除部分上方。最后，互补谐振结构218A、218B的相当大一部分，例如，大于50％，可以落在电容器板215A、215B的占用面积之外，以便不与电容器板215A、215B垂直对准。

如上所述，根据一些实施例的微带电容器结构在从0.69GHz到1.0GHz的RF带宽上可具有小于-25dB的回波损耗。

图7示出了包含具有如图3A和3B所示结构的DC阻隔电容器的传输线的等效电路。具体而言，互补谐振器118可以被建模为与交叉型电容器结构115的电容C1并联的并联电容Cdgs和电感Ldgs。因此，互补谐振器118表现为与交叉型电容器115并联的旁路谐振器。这即使在交叉型电容器115的小电容的情况下，也可以提供宽带回波损耗。

图8是在交叉型电容器下方具有哑铃形互补谐振器结构的器件的回波损耗系数S(1,1)的模拟曲线图，而图9是在交叉型电容器下方具有矩形互补谐振器结构的器件的回波损耗系数S(1,1)的曲线图。在这两种情况下，690MHz至960MHz范围内的回波损耗小于-29dB，尽管对于具有哑铃形互补谐振器结构的装置回波损耗更低。因此，即使交叉型电容器具有仅3.4pF的电容，由于存在互补谐振器结构的存在，电容器也能够阻隔690-960MHz频带上的DC信号。

将理解，尽管本文可以使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件。例如，第一元件可以被称为第二元件，并且，类似地，第二元件可以被称为第一元件，而不脱离本发明的范围。如本文所使用的，术语“和/或”包含一个或多个相关的所列项目的任何和所有组合。

将理解，当一个元件被称为被“连接”或“耦合”到另一个元件时，它可以被直接连接或耦合到另一个元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为被“直接连接”或“直接耦合”到另一个元件时，不存在中间元件。

将理解，尽管本文可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件。因此，在不脱离本发明构思的教导的情况下，第一元件可以被称为第二元件。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”，“一个”和“该”也旨在包含复数形式，除非上下文另有明确说明。还将理解，当术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”，“包含(includes)”和/或“包含(including)”在本文中使用时，指定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或它们的组。

除非另外定义，否则本文使用的所有术语(包含技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还将理解，本文使用的术语应被解释为具有与本说明书和相关领域的上下文中其含义一致的含义，并且除非本文明确限定，否则将不以理想化或过于正式的含义解释。

在说明书中，已经公开了本发明的实施例，并且尽管采用了具体术语，但它们仅用于一般性和描述性意义，而不是用于限制的目的。

Claims (15)

1.一种微带电容器结构，包括：

基板，具有第一侧和与第一侧相对的第二侧，其中所述基板的第一侧和第二侧在垂直方向上间隔开；

第一导电微带传输线段和第二导电微带传输线段，位于所述基板的所述第一侧；

导电接地平面，位于所述基板的所述第二侧；

第一微带电容器板和第二微带电容器板，连接到所述第一微带传输线段和所述第二微带传输线段中的相应微带传输线段，其中所述第一微带电容器板和所述第二微带电容器板通过电介质间隙分开；

互补谐振器，包括所述导电接地平面的被移除部分，该被移除部分在所述垂直方向上与所述电介质间隙的至少一部分对准；

其中，所述第一微带传输线段和所述第二微带传输线段在RF信号传播的第一方向上延伸；以及

其中，所述互补谐振结构包括在垂直于所述第一方向的第二方向上间隔开的第一互补谐振结构和第二互补谐振结构，以及在所述第二方向上延伸并连接所述第一互补谐振结构和第二互补谐振结构的横向部分。

2.如权利要求1所述的微带电容器结构，其中所述第一微带电容器板和第二微带电容器板包括交叉型电容器结构。

3.如权利要求2所述的微带电容器结构，其中所述第一微带电容器板和第二微带电容器板中的每一个微带电容器板包括横向部分和在所述第一方向上从该横向部分延伸的多个微带指状部，其中所述第一微带电容器板和第二微带电容器板的相应微带指状部在所述第一方向上重叠。

4.如权利要求2所述的微带电容器结构，其中所述第一微带电容器板和第二微带电容器板中的每一个微带电容器板包括横向部分和在所述第一方向上从该横向部分延伸的多个微带指状部，其中所述第一微带电容器板和第二微带电容器板的相应微带指状部是交叉的。

5.如权利要求1所述的微带电容器结构，其中所述第一微带电容器板和第二微带电容器板被布置以使得在所述第一微带电容器板和第二微带电容器板之间延伸的电场线的大部分被取向在所述第二方向上。

6.如权利要求1所述的微带电容器结构，其中所述第一微带电容器板和第二微带电容器板被布置以使得在所述第一微带电容器板和第二微带电容器板之间延伸的电场线的大部分被取向在所述第一方向上。

7.如权利要求1所述的微带电容器结构，其中所述互补谐振结构被配置为在增加所述第一微带电容器板和第二微带电容器板之间的电容的频率处谐振同时保持小于-25dB的回波损耗。

8.如权利要求1所述的微带电容器结构，其中所述微带电容器结构具有约3pF至约4pF的电容。

9.如权利要求1所述的微带电容器结构，其中所述互补谐振结构中的每一个包括螺旋形状。

10.如权利要求1所述的微带电容器结构，其中所述互补谐振结构中的每一个包括蛇形形状。

11.如权利要求1所述的微带电容器结构，其中所述互补谐振结构中的每一个包括多边形形状。

12.如权利要求1所述的微带电容器结构，其中所述互补谐振结构中的每一个具有大于所述互补谐振器的横向部分的面积的面积。

13.如权利要求1所述的微带电容器结构，其中所述第一微带电容器板和第二微带电容器板的至少部分在所述垂直方向上不与所述接地平面的所述被移除部分对准。

14.如权利要求1所述的微带电容器结构，其中所述微带电容器结构在从0.69GHz到1.0GHz的RF带宽上具有小于-25dB的回波损耗。

15.如权利要求1所述的微带电容器结构，其中所述互补谐振结构被配置为在由所述第一微带传输线段和第二微带传输线段承载的RF信号的频率处谐振。